JP5316239B2

JP5316239B2 - ポンプ

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Publication number: JP5316239B2
Application number: JP2009137636A
Authority: JP
Inventors: 亮介青山; 功治岩▲崎▼
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec America Corp
Priority date: 2009-06-08
Filing date: 2009-06-08
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2029-06-08
Also published as: JP2010281310A

Description

本発明は、二つの吐出口を備えるポンプに関する。

食器洗浄機や洗濯機等は、洗浄水として機内に水を循環させたり、機内の水を外部に排水させたりするためのポンプを備えている。この種のポンプは、搭載される機器内において異なる配管に水を供給するために、一つの吸入口に対して二つの吐出口を備えているものがある。そのポンプの一方の吐出口はモータの正転時に水を吐出し、他方の吐出口はモータの反転時に吐出し、その一方の吐出口に開閉弁を備えている（例えば、特開２００６−２２００３４号公報）。

特開２００６−２２００３４号公報

このような開閉弁を備えたポンプでは、ポンプ室に洗浄後の水が流れるため、食器などに付着していた異物がポンプ室に取り込まれることがある。異物の大部分は、ポンプ室の水流にのってそのまま外部へ吐出されるが、中には開閉弁に絡みつき、開閉弁の揺動を阻害したり、開閉弁と吐出口との間に挟まってしまう異物もある。その場合、吐出口を適切に閉塞できなくなることがある。一方の吐出口が開閉弁によって閉塞されるべき時に適切に閉塞されず水漏れしてしまうと、ポンプ室内の水圧が低下したり、ポンプ室内の水量が減少するため、他方の吐出口から吐出する水の揚程や流量の低下としてポンプ性能に影響を及ぼす。

本発明の目的は、異物がポンプ室に取り込まれても開閉弁の機能を低下させないポンプを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、軸線のまわりに正転または反転すると共に、液体を軸線方向に沿って吸入し、かつ半径方向に排出しうる羽根車と、前記羽根車を収容するポンプ室と、前記ポンプ室の外部から内部へ前記液体を吸入する吸入口と、前記ポンプ室の液体を前記ポンプ室の外部へ吐出する、第一及び第二吐出口と、前記第一吐出口の近傍に揺動自在に設けられ、前記ポンプ室内における液流の押圧力によって前記第一吐出口を開閉する開閉弁と、を備える。前記ポンプ室は、前記第一吐出口が設けられた第一側壁部と、前記開閉弁が前記第一吐出口側とは反対側に対向して設けられた第二側壁部と、を備え、さらに、前記第一吐出口の開放時に、前記開閉弁と前記第一側壁部との間に第一流路と、前記開閉弁と第二側壁部との間に第二流路とを構成するように、前記開閉弁の揺動範囲を制限する開閉弁制限機構を備えている。

そのため、第一吐出口の開放時に、第一吐出口から離れて位置する開閉弁の周囲に第一及び第二流路が形成されるため、開閉弁の周辺に液体が円滑に流れるようになる。開閉弁の周囲を液体が円滑に流れることにより、開閉弁に異物が絡みつきにくくなる。

本発明のポンプは、異物がポンプ室に取り込まれても、開閉弁の搖動を阻害したり、開閉弁と吐出口との間に挟まったりしにくくなるため、開閉弁の機能が低下しない。

本発明に係るポンプの一実施形態を示す縦断面図。図１の第二吐出口が閉塞状態にあるポンプにおいて、線Ｘ−Ｘで切断した時の横断面図。図１の第二吐出口が開放状態にあるポンプにおいて、線Ｘ−Ｘで切断した時の横断面図。図１のポンプの開閉弁を示す斜視図。図１の開閉弁の構成を示すために開閉弁を側面から見た要部側面図。図２の開閉弁を中心とする要部拡大図。図３の開閉弁を中心とする要部拡大図。図１のポンプの開閉弁にコイルバネを取り付けた形態を示す要部拡大図。

本発明に係るポンプの一実施形態について、図１乃至図７を参照しながら説明する。このポンプは、従来技術で説明したと同様に、食器洗浄機や洗濯機等に使用される。そのため本発明における液体は、冷水と温水の両方の場合を含む。

図１は、本発明に係るポンプの一実施形態を示す縦断面図である。図１に示すように、ポンプ１は、羽根車を回転駆動させるためのモータ部１０を備えている。モータ部１０は、ブラシレスＤＣモータであって、リング状の固定子１２と、固定子１２の内側に配置されたリング状の回転子２０と、を備えている。固定子１２は、鉄芯の所定部にコイルが形成され、全体が合成樹脂によってモールドされている。回転子２０は、外周面が着磁されてなる円筒状のマグネット部２０ａと、中心軸２７に摺動自在に嵌め込まれて支持される摺動部２０ｂとからなる。これらマグネット部２０ａと摺動部２０ｂは、単一の材料にて一体的に構成されている。固定子１２と回転子２０との間は、上側ケーシング７１によって区切られている。

上側ケーシング７１は、内側に回転子２０を収容し、外側に固定子１２が固定された円筒部７１ａと、吸入口１１と、第二吐出口３２と、を備える。一方、下側ケーシング７２は、上側ケーシング７１に組み合わせられ、羽根車２３を収容するのに十分な深さを有する。図１に示すように、下側ケーシング７２は、上側ケーシング７１の下側の開口部分を閉塞するように組み合わせられ、内部にポンプ室４０を構成する。下側ケーシング７２には、前記第二吐出口３２とは別の第一吐出口３１を備えている。

なお、上側ケーシングと下側ケーシングなど、本明細書における上側と下側とは、図１における説明を簡単にするために用いたのであって、必ずしも使用時における上下を表したものではない。

前記中心軸２７は、上側ケーシング７１の吸入口１１の内周面に設けられた上側軸固定部と、これの真下に位置する下側ケーシング７２に設けられた下側軸固定部とによって、固定されている。

羽根車２３は、略円盤状の両面に放射状に配列された複数の羽根からなり、羽根車２３の回転時に規定される軸線の方向に沿って水を吸入し、羽根車２３の半径方向に水を排出する。羽根車２３は、前記回転子２０の摺動部２０ｂに連結され、回転子２０に一体化されている。

図２は図１の第二吐出口が閉塞状態にあるポンプを示し、図３は図１の第二吐出口が開放状態にあるポンプを示す。図２と図３は、何れも図１の線Ｘ−Ｘで切断した時の横断面図である。

ポンプ室４０は、図２に示すように、下側ケーシング７２側の内部に構成され、平面視の形状が略円形である。ポンプ室４０は、ポンプ室要部４０ａと、吐出流路４０ｂと、弁収容部４０ｃとからなる。ポンプ室要部４０ａは、上側ケーシング７１の円筒部７１ａの開口部分に連通している。吐出流路４０ｂは、このポンプ室要部４０ａの円周の接線方向に位置し、第二吐出口３２に連通し、直線的な形状をしている。弁収容部４０ｃは、この吐出流路４０ｂのポンプ室要部４０ａを挟んだ反対側に位置し、平面視の形状が略扇形である。

ポンプ室要部４０ａには、羽根車２３の周囲に、回転子２０における半径方向の幅が、図２における反時計回りに、次第に大きくなる円環状の円環流路４０ｄが形成されている。この円環流路４０ｄの最大幅の部位に、吐出流路４０ｂがつながっている。

弁収容部４０ｃは、中心軸方向の高さがポンプ室要部４０ａとほぼ同じとなり、平面視の形状が略扇形の空間である。弁収容部４０ｃの一部は、円環流路４０ｄに連通するために開口しつつ、ケーシング７２の第一側壁４０ｃ１と第二側壁４０ｃ２によって、囲まれている。その第一側壁４０ｃ１には、第一吐出口３１が設けられ、第二側壁４０ｃ２と平面視で略直角をなしている。これら第一側壁４０ｃ１と第二側壁４０ｃ２が形成する隅部には、開閉弁５０が揺動自在に設けられている。

固定子１２のコイルが通電されると、固定子１２の内側に回転磁界が発生する。この回転磁界と回転子２０のマグネット部２０ａの磁束とが、磁気的に吸引反発を繰り返すことにより、回転子２０に回転トルクが発生し、羽根車２３が回転する。また、コイルの通電方法を変更して、回転磁界の切替方向を反対にすると、回転子２０を反対向きに回転する。

ポンプ１は、羽根車２３が回転すると、水が羽根車２３の軸線方向に沿って吸入口１１からポンプ室４０に取り込まれ、羽根車２３の周囲を放射状に排出される。羽根車２３から排出された水は、羽根車２３の周囲に対向するポンプ室要部４０ａの内周面に衝突し、羽根車２３の回転方向に円環流路４０ｄを流れる。

例えば、羽根車２３が図２に示すように反時計回りに回転すると、円環流路４０ｄの水は、第二吐出口３２からポンプ室４０の外部へ吐出される。このとき、円環流路４０ｄの水の一部が弁収容部４０ｃに流れ込み、その水の押圧力によって開閉弁５０が第一吐出口３１を閉塞する方向に揺動する。その方向に水が流れている限り、開閉弁５０は第一吐出口３１の閉塞状態を保つ。

一方、羽根車２３が図３に示すように時計回り（矢印Ｂ）に回転すると、同様に円環流路４０ｄを流れる水の一部が弁収容部４０ｃに流れ込む。流れ込んだ水により、前述とは反対向きに開閉弁５０に押圧力が作用するため、開閉弁５０が第一吐出口３１を開放する方向に揺動する。この方向に水が流れている限り、開閉弁５０は第一吐出口３１を開放状態に保つ。第一吐出口３１が開放されると、円環流路４０ｄの水は、弁収容部４０ｃ及び第一吐出口３１を通じて、外部へ吐出される。

図４は、図１の開閉弁を示す斜視図である。図５は、図１の開閉弁の取付状態を示すために開閉弁を側面から見た要部側面図である。

開閉弁５０は、図４に示すように、おおよそ、三角柱と板状部とが組み合わされた形状であって、閉塞部５０ａと、反閉塞部５０ｂと、接続部５０ｃと、支持軸５０ｄと、からなる。閉塞部５０ａは、第一吐出口３１に対向している。反閉塞部５０ｂは、閉塞部５０ａに対して第一吐出口３１とは反対側に位置し、板状である。接続部５０ｃは、閉塞部５０ａと反閉塞部５０ｂとを接続している。支持軸５０ｄは、閉塞部５０ａと反閉塞部５０ｂとが交わる位置に高さ方向に延びている。閉塞部５０ａと反閉塞部５０ｂと接続部５０ｃとで囲まれた内側は、中空である。

閉塞部５０ａは、第一吐出口３１の対向面に、第一吐出口３１を閉塞する時のシール性を確保するために、ゴム製のパッキンが設けられている。反閉塞部５０ｂの支持軸５０ｄとの反対側の端部は、接続部５０ｃよりもさらに突出している。この反閉塞部５０ｂの先端は、開閉弁５０が弁収容部４０ｃに配置された時に、弁収容部４０ｃから円環流路４０ｄにはみ出しており、円環流路４０ｄを流れる水を受けやすくしている。支持軸５０ｄの両端は、図５に示すように、弁収容部４０ｃの上下面に設けられた凹部４０ｃ３，４０ｃ３に揺動自在に保持されている。

次に、開閉弁５０の詳細な動作について、図６及び図７を参照して説明する。図６は図２の要部拡大図であり、図７は図３の要部拡大図である。

図６において、円環流路４０ｄを反時計回りに（矢印Ａ）に水が流れている時、水の一部が反閉塞部５０ｂに遮られて弁収容部４０ｃへ取り込まれる。この弁収容部４０ｃへ取り込まれた水は、第二側壁４０ｃ２とこれに対向する開閉弁５０との間に形成される第一流路４０ｅを主に流れ、この反閉塞部５０ｂの第二側壁４０ｃ２に対向する側の面を押圧する。開閉弁５０は、この押圧力を受けて、支持軸５０ｄを起点に第一側壁４０ｃ１に向かって揺動し、第一吐出口３１を閉塞する。開閉弁５０は、反時計回りに水が流れている限り、継続して、同じ方向の水圧を受けるために、第一吐出口３１を閉塞状態に保つ。このようにして、第一吐出口３１が閉塞状態となり、第二吐出口から水が吐出される。

一方、図7に示すように、円環流路４０ｄを時計周り(矢印Ｂ)の水が流れると、その一部が反閉塞部５０ｂの反対面に遮られて、弁収容部４０ｃへ取り込まれる。この弁収容部４０ｃへ取り込まれた水は、第一側壁４０ｃ１とこれに対向する開閉弁５０との間に形成される第二流路４０ｆを主に流れる。それによって、この水流は、反閉塞部５０ｂおよび閉塞部５０ａの第一側壁４０ｃ１に対向する側の面を押圧する。開閉弁５０は、この押圧力を受けて、支持軸５０ｄを起点に第一側壁４０ｃ１から離れる方向に揺動し、第一吐出口３１を開放する。開閉弁５０は、時計回りに水が流れている限り、継続して、同じ方向の水圧を受けるため、第一吐出口３１を開放状態に保つ。

なお、第二吐出口３２は、開放されたままであるが、吐出流路４０ｂが円環流路４０ｄの時計周りの水流に対して、逆らう方向に延びているため、水は第二吐出口３２へはほとんど流れ込まない。仮に、水が第二吐出口３２へ流れ込んだとしても、この第二吐出口３２は、例えば食器洗浄機では、水を循環させる配管に接続されるため、再度、吸入口１１からポンプ室４０に取り込まれ、第一吐出口３１より吐出されることから、使用上の問題はない。

ところで、弁収容部４０ｃと円環流路４０ｄとの境界部分には、突出部４２が下側ケーシング７２に一体的に設けられている。この突出部４２は、開閉弁５０の揺動領域に位置し、開閉弁５０の揺動方向に垂直な方向に突出する。そのため、円環流路４０ｄの水が時計回りに流れると、開閉弁５０が第一吐出口３１から離れる方向に揺動し、その突出部４２に当接し、それ以上の揺動が制限される。つまり、突出部４２は、開閉弁５０の揺動範囲を制限する開閉弁制限機構を構成する。開閉弁５０への水圧が継続して作用すると、図７に示すように、開閉弁５０の揺動範囲が制限されているため、開閉弁５０は、前述の第一流路４０ｅを確保しつつ、第一吐出口３１を開放状態に保つことができる。

ここで、開閉弁５０が突出部４２に当接して開閉弁５０の揺動が制限されている時は、第一流路４０eと第二流路４０ｆの両方に水流が作用するため、開閉弁５０は相反する方向に押圧力を受けることとなる。その突出部４２は、第一側壁４０c１よりも第二側壁４０c２に近い側に設けられているため、流路容積は第二流路４０ｆの方が第一流路４０eよりも十分に大きい。そのため、第二流路４０ｆ側の押圧力が第一流路４０e側のそれよりも大きいため、開閉弁５０が不安定な挙動をとることはなく、確実に突出部４２に当接し続ける。

このように、開閉弁５０が第一流路４０ｅを確保しつつ、第一吐出口３１を開放状態に保つことができると、以下の作用・効果が得られる。すなわち、異物が弁収容部４０ｃに取り込まれ開閉弁５０に絡まりかけたり、或いは絡まったとしても、開閉弁５０の両側に一定量の水が流れるため、その異物を押し流すことができる。

つまり、第一吐出口３１を開放状態にする時に、開閉弁５０の揺動が制限されずに第二側壁４０ｃ２に当接すると、開閉弁５０の第二側壁４０ｃ２側に一定量の水流が確保されない。この結果、反閉塞部５０ａと第二側壁４０ｃ２との間に、十分な水流が生じない領域が形成されてしまう。そのため、開閉弁５０に絡まりかけた異物は、そのまま絡まりやすくなってしまう。さらには、絡まった異物は、そのまま絡まった状態に維持されやすくなる。

異物が開閉弁５０に絡まっていると、第一吐出口３１の水流の抵抗となったり、開閉弁５０の負荷となって、円滑な揺動動作が阻害されることがある。開閉弁５０は、異物が絡まったまま第一吐出口３１を閉塞しようとすると、場合によっては開閉弁５０が第一吐出口３１との間にその異物を噛みこんでしまい、第一吐出口３１を確実に閉塞できなくなることがある。開閉弁５０が第一吐出口３１を確実に閉塞できないと、ここから水漏れが発生する。その結果、ポンプ室４０の水圧や水量の低下を招くこととなり、第二吐出口３２から吐出する水の揚程や流量の低下し、ポンプ性能に影響を及ぼす。

以上より、本発明によるポンプ１は、異物が開閉弁５０に絡みにくいため、開閉弁５０の機能が低下しにくい構成となっている。

なお、上記の通り開閉弁５０は、突出部４２を設けない構成と比較して、第一吐出口３１の開口面と閉塞部５０ａとがなす開き角αが、小さく設定されている。この開き角αが小さく設定されているので、第一吐出口３１の開口面と開閉弁５０との間に形成される流路の断面積が小さくなり、第一吐出口３１に流れる水の流速が速まる。この流速が速まることも、開閉弁５０に異物が絡みつきにくくなることに寄与している。

また、突出部４２は、水の流れを阻害しないように、開閉弁５０の反閉塞部５０ｂの先端にのみ当接する形状となっていることが好ましい。こうすると、開閉弁５０に流れる水の抵抗を最小にし、開閉弁５０に対する押圧力の低下を抑えることができる。なお、突出部４２は、反閉塞部５０ｂの全面に当接する形状であってもよい。

さらに、開閉弁５０は弁収容部４０ｃに設けられているため、第一突出口３１へ流れる水が開閉弁５０の周囲に集束する。それによって、開閉弁５０に水の流れが当たりやすく、開閉弁５０が揺動しやすくなっている。

以上、本発明に係るポンプの一実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

例えば、開閉弁５０の揺動動作を補うために、開閉弁５０にコイルバネ５２を設けるとよい。すなわち、コイルバネ５２の渦巻き部分を支持軸５０ｄに挿入し、コイルバネ５２の一端を閉塞部５０ａに当接させ、コイルバネ５２の他端を側壁４０ｃ２に当接させる。こうすると、開閉弁５０は、第一吐出口３１側を閉塞する方向に、コイルバネ５２の弾性力により押圧される。このように構成すると、開閉弁５０は、通常、第一吐出口３１側を閉塞している。

例えば、ポンプの設置環境によっては、第一吐出口３１の閉塞時に、ポンプ室４０の内部が減圧となって、開閉弁５０を開放する力が作用する場合がある。そのような場合にも、上述のようにコイルバネを設けることにより、閉塞状態を維持することができる。

これとは逆に、第一吐出口３１の開放時に、ポンプ室４０の外部が減圧となって、開閉弁５０を閉塞する力が作用する場合がある。このような場合には、コイルバネ５２の押圧方向を逆にして、開閉弁５０を通常、開放状態にするとよい。具体的には、コイルバネ５２の一端を反閉塞部５０ｂに当接させ、コイルバネ５２の他端を側壁４０ｃ１に当接させて、コイルバネ５２の押圧方向を逆にする。こうすると、開閉弁５０は、通常、反閉塞部５０ｂが突出部４２に当接して、開放されている。

また、弁制限機構として上記突出部４２を例示したが、その突出部４２のような形状である必要はなく、複数箇所あってもよいし、棒状の突起ではなく反閉塞部５０ｂの面に沿って幅広であるような形状であってもよいし、さらに上側ケーシング７１に設けてもよい。つまり、その主たる目的が開閉弁５０の揺動を制限することにあるため、できるだけ水流を阻害しない形状であったり、部位に設けるのが望ましい。

このように、弁制限機構は、種々の手段が挙げられるが、上述した突出部４２のような開閉弁５０に当接させる弁制限機構は、ケーシング７２に一体的に設けられた構成であって、ケーシング７２の成形時に形成することができるため、容易に形成できる。また、突出部４２のような形状は、乱流を緩和することができ円滑に流れるようにする整流効果も得られる。

以上では、本発明によるポンプ１について、食器洗浄機に適用した例を示したが、これに限定されるものではなく、洗濯機などの他の用途でも適用可能である。

１ポンプ
１０モータ部
１１吸入口
２０回転子
２３羽根車
３１第一吐出口
３２第二吐出口
４０ポンプ室
４０ｅ第一流路
４０ｆ第二流路
４２突出部
５０開閉弁

Claims

軸線のまわりに正転または反転すると共に、液体を軸線方向に沿って吸入し、かつ半径方向に排出しうる羽根車と、
前記羽根車を収容するポンプ室と、
前記ポンプ室の外部から内部へ前記液体を吸入する吸入口と、
前記ポンプ室の液体を前記ポンプ室の外部へ吐出する、第一及び第二吐出口と、
前記第一吐出口の近傍に揺動自在に設けられ、前記ポンプ室内における液流の押圧力によって前記第一吐出口を開閉する開閉弁と、
を備え、
前記ポンプ室は、前記第一吐出口が設けられた第一側壁部と、前記開閉弁が前記第一吐出口側とは反対側に対向して設けられた第二側壁部と、前記羽根車の周囲を前記液体が流れる円環流路と、前記第一吐出口と前記円環流路との間に前記開閉弁を収容する弁収容部と、を備え、さらに、前記第一吐出口の開放時に、前記開閉弁と前記第一側壁部との間に第二流路と、前記開閉弁と第二側壁部との間に第一流路とを構成するように、前記開閉弁の揺動範囲を制限する開閉弁制限機構を備え、
前記開閉弁は、前記第一吐出口を閉塞する閉塞部と前記閉塞部を回転可能にさせる支持軸を備え、
前記閉塞部の軸方向高さは、前記弁収容部の軸方向高さよりも低いポンプ。
前記開閉弁が、前記第一吐出口を開放状態に保つ時において、前記第二流路の流路容積は、前記第一流路の流路容積より大きい請求項１に記載のポンプ
前記開閉弁制限機構は、前記第一側壁部よりも前記第二側壁部に近い側に設けられている請求項１に記載のポンプ。
前記開閉弁制限機構は、前記開閉弁の揺動方向に垂直な方向に突出し、前記開閉弁の揺動時に当接する部位に設けられた突出部である請求項１乃至３の何れかに記載のポンプ。
前記開閉弁制限機構は、前記弁収容部に設けられている請求項１乃至４の何れかに記載のポンプ。
前記第二吐出口は、前記羽根車を挟んだ前記第一吐出口の反対側に位置する請求項１乃至５の何れかに記載のポンプ。
前記開閉弁は、弾性体によって、前記第一吐出口を閉塞する方向又は開放する方向の何れかに押圧されている請求項１乃至６の何れかに記載のポンプ。